DE10358285A1

DE10358285A1 - Thermisch ausgeglichene Heißläuferdüse

Info

Publication number: DE10358285A1
Application number: DE2003158285
Authority: DE
Inventors: Scott Kilbride Molnar
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2004-07-15
Also published as: CA2452812A1; ITTO20031015A1

Abstract

Es wird ein Düse für eine Spritzgießmaschine bereitgestellt. Diese Düse umfasst einen Düsenkörper und eine Heizung. Der Düsenkörper weist eine Längsachse auf und definiert einen Schmelzekanal, der sich ganz allgemein in axialer Richtung erstreckt. Die Heizung ist thermisch mit dem Düsenkörper verbunden, um die Schmelze im Schmelzkanal zu beheizen. Die Hiezung erstreckt sich in axialer Richtung. Der Düsenkörper ist so angepasst, dass er mit mindestens einem Bauteil der Spritzgießmaschine in Kontakt steht, dessen Temperatur im Betrieb geringer als die Temperatur des Düsenkörpers ist. Der Düsenkörper weist eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal auf. Die Wandstärke variiert axial entlang dem Düsenkörper, so dass die durch den Schmelzekanal fließende Schmelze ein gewähltes Temperaturprofil aufweist.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Spritzgiessmaschinen und insbesondere Düsen für Spritzgiessmaschinen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es wird Bezug auf 1 genommen. Heißläufer-Spritzgiessmaschinen schließen typischerweise eine oder mehrere Heißläuferdüsen 10 ein, die einen Schmelzekanal 12 für die Passage geschmolzenen Materials zu einer gewünschten Stelle aufweisen, wie beispielsweise einen Formhohlraum 13 in einem Formblock 14. Es ist wichtig, dass das geschmolzene Material auf einer gewünschten Temperatur gehalten wird, um sicherzustellen, dass es richtig fließt und härtet. Heißläuferdüsen wie die Düse 10 weisen einen Düsenkörper 15 auf und werden typischerweise mit einer Widerstandsheizung 16 beheizt, die um die äußere Oberfläche des Düsenkörpers 15 gewickelt ist. Im Düsenkörper 15 ist ein Thermoelement (nicht dargestellt) zum Erfassen der Düsenkörpertemperatur vorgesehen, und die Widerstandsheizung 16 wird typischerweise durch ein Steuer- bzw. Regelsystem (nicht dargestellt) betrieben, um die Schmelze im Düsenkörper 15 auf einer gewünschten Temperatur zu halten. Die Düse 10 erhält typischerweise Schmelze von einem Spritzverteiler 17, der in Kontakt mit der bei 18 gezeigten Einlassseite der Düse 10 angebracht ist.
Ein Problem bei der konventionellen Düse 10 besteht darin, dass die Schmelzetemperatur im Schmelzekanal 12 über die Länge des Düsenkörpers 15 variiert. Spezifisch steht die Düse 10 typischerweise mit dem Verteiler 17 in Kontakt und – was noch wichtiger ist – mit dem Formblock 14 an bzw. nahe der Einlassseite 18, und sie steht mit dem Formblock 14 nahe der bei 20 gezeigten Auslassseite der Düse in Kontakt. Durch den Kontakt mit dem Verteiler 17 und – was noch wichtiger ist – mit dem Formblock 14 ist an der Einlass- und Auslassseite 18 und 20 ein Wärmeverlust zu verzeichnen, und sie sind in der Regel kälter als der mittlere Bereich der Düse 10, der typischerweise keinen Kontakt mit anderen Bauteilen der Spritzgiessmaschine aufweist. Infolgedessen kann es schwierig sein, die Schmelze im Schmelzekanal 12 auf einer gewünschten, über die Länge des Schmelzekanals 12 gleichmäßigen Temperatur zu halten. Dies kann besonders bei geschmolzenem Material problematisch sein, das auf Temperaturänderungen empfindlich reagiert bzw. das einen relativ kleinen Betriebstemperaturbereich aufweist, in dem gewählte Eigenschaften aufrechterhalten werden können.
2a zeigt das Temperaturprofil der Schmelze über die Länge des Schmelzekanals 12 der Düse 10. Die beiden Seiten des Temperaturprofils weisen eine geringere Schmelzetemperatur als die Mitte auf und entsprechen den Punkten, an denen die Düse 10 (1) einen Wärmeverlust zum Formblock 14 hin aufweist. Mit Bezug auf 2b kann – wenn die Schmelzetemperatur so gehalten wird, dass die Schmelze im mittleren Bereich auf bzw. nahe der Idealtemperatur gehalten wird – die Schmelze an den Seiten 18 und 20 (1) zu kalt sein, um wie gewünscht in den Formhohlraum 13 zu fließen. Umgekehrt gilt mit Bezug auf 2c dass – wenn die Schmelze so beheizt wird, dass sie an den Seiten 18 und 20 ( 1) auf bzw. nahe der Idealtemperatur gehalten wird – die Schmelze im mittleren Bereich überhitzen und verbrennen bzw. in anderer Weise geschädigt werden kann.
Typischerweise wird darauf geachtet, der Auslassseite der Düse ausreichend Wärme zuzuführen, um sicherzustellen, dass die Schmelze zumindest beim Eintritt in den Formhohlraum die gewünschte Temperatur aufweist. Düsenkonstruktionen mit Wickeldrahtheizung sehen eine relativ hohe Drahtwicklungsdichte nahe der Auslassseite der Düse (siehe 1) und auch auf der Einlassseite der Düse vor, sowie eine geringere Wicklungsdichte im mittleren Bereich der Düse, um die in diesem Bereich auf die Schmelze übertragene Wärme zu verringern. Die meisten derartigen Düsenkonstruktionen weisen jedoch weiterhin das in 2a gezeigte Temperaturprofil auf.
Es ist eine neue Düsenkonstruktion erforderlich, um die Schmelzetemperatur über die Länge der Düse zu regeln.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Düse für eine Spritzgiessmaschine. Die Düse schließt einen Düsenkörper und eine Heizung ein. Der Düsenkörper weist eine Längsachse auf und definiert einen Schmelzekanal, der sich ganz allgemein in axialer Richtung erstreckt. Die Heizung ist thermisch mit dem Düsenkörper verbunden, um die Schmelze im Schmelzekanal zu beheizen. Die Heizung erstreckt sich in axialer Richtung. Der Düsenkörper ist so angepasst, dass er mit mindestens einem Bauteil der Spritzgiessmaschine in Kontakt steht, dessen Temperatur im Betrieb geringer als die Temperatur des Düsenkörpers ist. Der Düsenkörper weist eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal auf. Die Wandstärke variiert in axialer Richtung entlang des Düsenkörpers, so dass die durch den Schmelzekanal fließende Schmelze ein gewähltes Temperaturprofil aufweist.
In einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Düse für eine Spritzgiessmaschine. Die Düse schließt einen Düsenkörper und eine Heizung ein. Der Düsenkörper definiert einen Schmelzekanal. Der Düsenkörper weist eine Einlass- und eine Auslassseite auf. Die Heizung ist thermisch mit dem Düsenkörper verbunden, um die Schmelze im Schmelzekanal zu beheizen, und die Heizung erstreckt sich in axialer Richtung. Der Düsenkörper nahe der Einlassseite und nahe der Auslassseite ist so angepasst, dass er zumindest indirekt mit mindestens einem Bauteil der Spritzgiessmaschine in Kontakt steht, dessen Temperatur im Betrieb geringer als die Temperatur des Düsenkörpers ist. Der Düsenkörper weist eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal auf. Die Wandstärke nimmt ganz allgemein von der Einlassseite in Strömungsrichtung zum mittleren Bereich zwischen der Einlass- und Auslassseite hin zu und nimmt sodann vom mittleren Bereich in Strömungsrichtung zur Auslassseite hin ab. Die Wandstärke wird so gewählt, dass sie der durch den Schmelzekanal fließenden Schmelze ein ganz allgemein flaches Temperaturprofil in Richtung des Schmelzestroms verleiht.
In einem dritten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Düse für eine Spritzgiessmaschine. Die Düse schließt einen Düsenkörper und eine Heizung ein. Der Düsenkörper weist eine Längsachse auf und definiert einen Schmelzekanal. Der Schmelzekanal erstreckt sich ganz allgemein in axialer Richtung. Der Düsenkörper weist eine Einlass- und eine Auslassseite und einen mittleren Bereich zwischen der Einlass- und der Auslassseite auf. Die Heizung ist mit dem Düsenkörper verbunden, um die Schmelze im Schmelzekanal zu beheizen. Die Heizung erstreckt sich in axialer Richtung. Der Düsenkörper nahe der Einlass- und nahe der Auslassseite ist so angepasst, dass er mindestens indirekt mit mindestens einem Bauteil der Spritzgiessmaschine in Kontakt steht, dessen Temperatur im Betrieb geringer als die Temperatur des Düsenkörpers ist. Im mittleren Bereich weist der Düsenkörper keinen Kontakt mit relativ kälteren Bauteilen der Spritzgiessmaschine auf. Der Düsenkörper ist im mittleren Bereich ganz allgemein breiter als an der Einlass- und an der Auslassseite, so dass im mittleren Bereich relativ weniger Wärme von der Heizung auf die Schmelze als an der Einlass- und Auslassseite von der Heizung auf die Schmelze übertragen wird.
In einem vierten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Düse für eine Spritzgiessmaschine. Die Düse schließt einen Düsenkörper und eine Heizung ein. Der Düsenkörper weist eine Längsachse auf und definiert einen Schmelzekanal. Der Schmelzekanal erstreckt sich ganz allgemein in axialer Richtung. Die Heizung ist mit dem Düsenkörper verbunden, um die Schmelze im Schmelzekanal zu beheizen. Die Heizung erstreckt sich in axialer Richtung. Zumindest ein Bereich des Düsenkörpers ist so angepasst, dass er mindestens mit einem Bauteil der Spritzgiessmaschine in Kontakt steht, dessen Temperatur im Betrieb geringer als die Temperatur des Düsenkörpers ist. Der Düsenkörper weist eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal auf. Die Wandstärke nimmt in axialer Richtung, wegführend von dem mindestens einen Bereich des Düsenkörpers, zu. Die Heizung ist so konfiguriert, dass sie eine in axialer Richtung – wegführend von dem mindestens einen Bereich des Düsenkörpers – abnehmende Wärmeabgabe aufweist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein leichteres Verständnis der vorliegenden Endung wird nun anhand von Beispielen Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen. Hierin ist/sind:
1 eine Schnittansicht einer Düse nach dem Stand der Technik.
2a, 2b und 2c Temperaturkurven der Schmelze über die Länge der in 1 gezeigten Düse nach dem Stand der Technik, die die Probleme aufzeigen, die durch die Temperatur verursacht werden können.
3 eine Schnittansicht einer Düse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 eine Perspektivansicht der in 3 gezeigten Düse.
5 eine Schnittansicht der Schnittlinie 5-5 der in 5 gezeigten Düse.
6 eine Kurve der Düsentemperatur über die Länge der in 3 gezeigten Düse.
7 eine Schnittansicht einer Düse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 eine Perspektivansicht der in 7 gezeigten Düse.
9 eine Schnittansicht der Schnittlinie 9-9 der in 7 gezeigten Düse.
10 eine Schnittansicht einer Düse gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 eine Schnittansicht einer Düse gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Es wird Bezug genommen auf 3, die eine Düse 22 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Düse 22 schließt einen Düsenkörper 24 und eine Heizung 26 ein. Der Düsenkörper 24 weist eine Längsachse A auf und definiert einen Schmelzekanal 28, der sich längs der Achse A oder ganz allgemein in einer Richtung erstrecken kann, die parallel zu A verläuft. Der Schmelzekanal 28 weist eine Wand 29 auf, die ganz allgemein zylindrisch sein oder eine andere geeignete Form zum Führen eines Schmelzestroms aufweisen kann. Der Schmelzekanal 28 verfügt über einen Einlass 30 und einen Auslass 32.
Der Düsenkörper 24 weist eine Einlassseite 34 auf, in der der Einlass 30 definiert ist. Die Einlassseite 34 des Düsenkörpers 24 ist einem Bauteil angepasst, wie beispielsweise einem Heißläuferverteiler 36, so dass der Einlass 30 des Schmelzekanals 28 zu einem Kanal 38 im Verteiler 36 ausgerichtet ist. Der Verteiler 36 leitet Schmelze von einer Schmelzequelle (nicht dargestellt) zur Düse 22.
Die Einlassseite 34 berührt auch den bei 46 gezeigten Formblock über ein Distanzstück 39, das eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist, um den Wärmeverlust von der Einlassseite 34 zum Formblock 46 zu verringern, da der Formblock 46 auf einer geringeren Temperatur als die Düse 22 gehalten wird. Der Verteiler 36 kann auch eine geringere Temperatur als die Düse 22 aufweisen und infolgedessen eine Ursache für den Wärmeverlust an der Düse 22 darstellen.
Der Düsenkörper 24 weist eine Auslassseite 40 auf, die den Auslass 32 des Schmelzekanals 28 definiert. Der Auslass 32 kann zur Achse A zentriert oder alternativ gegenüber der Achse A versetzt sein. Die Auslassseite 36 kann nahe an einem Anschnitt 42 zu einem Formhohlraum 44 in einem Formblock 46 positioniert sein. Die Schmelze gelangt vom Auslass 32 in den Anschnitt 42 und füllt sodann den Formhohlraum 44. Die Auslassseite 40 kann den Formblock 46 dichtend um den Anschnitt 42 berühren und so eine Flusstrecke vom Auslass 32 des Düsenschmelzekanals 28 des Anschnitts 42 bilden. Durch die Berührung zwischen der Auslassseite 40 und dem Formblock 46 ist der Formblock 46 außer einer Quelle für Wärmeverlust an der Einlassseite 34 auch eine Quelle für Wärmeverlust der Düse 22 an der Auslassseite 40.
Die Heizung 26 ist thermisch mit dem Düsenkörper 24 verbunden, um Schmelze im Schmelzekanal 28 zu beheizen. Anders ausgedrückt ist die Heizung 26 entweder direkt oder indirekt so mit dem Düsenkörper 24 verbunden, dass Wärme von der Heizung 26 zum Düsenkörper 24 übertragen wird, um Schmelze im Schmelzekanal 26 zu beheizen. Beispielsweise kann die Heizung 26 direkt mit dem Düsenkörper 24 verbunden sein. In einem alternativen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Heizung 26 beispielsweise mit einem anderen Bauteil verbunden sein, das ganz allgemein thermisch leitend und mit dem Düsenkörper 24 verbunden ist.
Die Heizung 26 kann jeder geeignete Heizungstyp – beispielsweise eine Widerstandsdrahtheizung – sein. Die Heizung 26 kann sich in jeder geeigneten Weise axial am Düsenkörper 24 erstrecken. Mit Bezug auf 4 kann der Düsenkörper 24 beispielsweise eine ganz allgemein spiralförmig um diesen gewickelte Heizung 26 aufweisen. Die Heizung 26 kann so gewickelt sein, dass sie an einem ausgewählten Eingangspunkt 50 am Düsenkörper 24 beginnt, sich ganz allgemein spiralförmig zu einem Wendepunkt 52 erstreckt, von wo aus sie sich verdoppelt und sodann entlang einer Strecke erstreckt, die angrenzend an die Strecke vom Eingangspunkt 50 zum Wendepunkt 52 zurück um den Düsenkörper 24 verläuft, um den Düsenkörper an einem Ausgangspunkt 54 zu verlassen, der am Eingangspunkt 50 angrenzt. Indem die Heizung 26 ganz allgemein spiralförmig um den Düsenkörper 24 gewickelt ist, erstreckt sich die Heizung 26 in der Weise in axialer Richtung, dass sie über eine spiralförmige Strecke von einem Eingangspunkt 50 über die Länge des Düsenkörpers 24 verläuft.
Die Heizung 26 kann so gewickelt sein, dass eine höhere Drahtwickeldichte nahe der Einlassseite 34 und nahe der Auslassseite 40 und eine geringere Drahtwickeldichte ganz allgemein zwischen der Einlass- und der Auslassseite 34 und 40 besteht. Indem für die Heizung 26 eine ausgewählte höhere Wickeldichte nahe der Einlass- und Auslassseite 34 und 40 vorgesehen ist, besteht eine entsprechend höhere Wärmeabgabe der Heizung 26 in diese Bereiche, und indem für die Heizung 26 eine ausgewählte geringere Wickeldichte im mittleren Bereich des Düsenkörpers 24 zwischen den Bereichen nahe der Einlass- und der Auslassseite 34 und 40 vorgesehen ist, besteht eine entsprechend geringere Wärmeabgabe der Heizung 26 in diesen mittleren Bereich.
Es wird auf 5 Bezug genommen. Die Heizung 26 weist über eine Distanz D Abstand zur Wand 29 des Düsenschmelzekanals auf. Die Distanz D wird über eine querliegende Ebene Pt (3) vom innersten Rand der Heizung 26 zum naheliegendsten Punkt an der Wand 29 in der querliegenden Ebene Pt gemessen. Mit anderen Worten: Die Distanz D ist die Wandstärke des Düsenkörpers 24 zwischen der Heizung 26 und dem Düsenschmelzekanal 28.
Die Heizung 26 kann die querliegende Ebene Pt zweimal oder häufiger schneiden, wie in 5 gezeigt. Allerdings bleibt der Abstand D in einer gegebenen querliegenden Ebene Pt für Ausführungsbeispiele konstant, bei denen der Düsenkörper 24 ganz allgemein zylindrisch und der Düsenschmelzekanal 28 ganz allgemein konzentrisch um die Achse A verläuft.
Mit zunehmender Distanz D nimmt die Wärmeübertragung von der Heizung 26 zur Schmelze im angrenzenden Bereich des Schmelzekanals 28 ab. Umgekehrt nimmt bei abnehmender Distanz D die Wärmeübertragung von der Heizung 26 zur Schmelze im angrenzenden Bereich des Schmelzekanals 28 zu.
Mit Bezug auf 3 kann der Düsenkörper 24 so konfiguriert sein, dass die Wandstärke über die Länge des Düsenkörpers 24 variiert. Hierdurch variiert die Distanz D über die Länge des Düsenkörpers 24, und auch die von der Heizung 26 zur Schmelze im angrenzenden Bereich des Schmelzekanals 28 übertragene Wärme variiert. Somit kann die Temperatur der Schmelze über die Länge des Schmelzekanals 28 durch Änderung der Wandstärke zwischen der Heizung 26 und dem Schmelzekanal 28 geregelt werden.
Die Wandstärke zwischen der Heizung 26 und dem Schmelzekanal 28 kann relativ gering gehalten werden, wie durch die Distanz D1 und D2 an der Einlass- und Auslassseite 34 und 40 des Düsenkörpers 24 gezeigt, wo der Wärmeverlust in erster Linie durch den Formblock 46 und in geringerem Maße durch den Verteiler 36 höher ist. Die Wandstärke kann im mittleren Bereich des Düsenkörpers 24 relativ größer ausfallen, wie durch die Distanz D3 gezeigt, um die von der Heizung 26 zur darin enthaltenen Schmelze übertragene Wärme zu verringern. Indem ein Düsenkörper 24 vorgesehen ist, bei dem die Wandstärke zwischen der Heizung 26 und dem Schmelzekanal 28 im mittleren Bereich ihr Maximum aufweist und graduell zur Einlass- und Auslassseite 30 und 32 hin geringer wird, kann das Temperaturprofil der Schmelze im Düsenschmelzekanal 28 im Vergleich zur Düse 10 nach dem Stand der Technik (siehe 1 und 2a–2c) über die Länge der Düse 22 gleichmäßiger gehalten werden.
Bei einem relativ gleichmäßigen Temperaturprofil der Schmelze ist der Unterschied zwischen der Maximal- und Minimaltemperatur der Schmelze über die Länge der Düse 22 geringer als bei der Düse 10 nach dem Stand der Technik. Dies erleichtert es, die Schmelze in der Düse 22 warm genug zu halten, um die gewünschten Fließeigenschaften zu erzielen – jedoch nicht so warm, dass die Schmelze verbrennt oder anderweitig Schaden nimmt.
Je nach verwendetem Heizungstyp und der allgemeinen Konfiguration der Düse 22 kann die Schmelze über den gesamten Schmelzekanal 28 auf einer praktisch konstanten Temperatur gehalten werden, wie im in 6 dargestellten Temperaturprofil gezeigt. Dies kann zumindest teilweise dadurch erzielt werden, dass die Wandstärke des Düsenkörpers 24 (3) so gestaltet wird, dass sie den Wärmeverlust kompensiert, der gemäß den Kurven in 2a–2c auftritt.
Es wird Bezug genommen auf 7, die eine Düse 56 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Düse 56 kann der Düse 22 (3) ähnlich sein. Sie weist einen Düsenkörper 58 und eine Filmheizung 60 auf. Der Düsenkörper 58 kann dem Düsenkörper 24 ähnlich sein und definiert einen Düsenschmelzekanal durch diesen hindurch, der sich entlang einer Achse A erstrecken kann, und der eine Wand 63 aufweist. Der Düsenschmelzekanal 62 weist einen Einlass 64 an einer Einlassseite 66 des Düsenkörpers 58 auf sowie einen Auslass 68 an oder nahe einer Auslassseite 70 des Düsenkörpers 58.
Die Filmheizung 60 kann in jeder geeigneten Weise thermisch mit dem Düsenkörper 58 verbunden sein, um die Schmelze im Schmelzekanal 62 zu beheizen. Beispielsweise kann die Filmheizung 60 direkt mit dem Düsenkörper 58 verbunden sein.
Die Filmheizung 60 besteht aus einer relativ dünnen Schicht bzw. einem Film eines Materials, durch das elektrischer Strom geleitet wird, um Wärme infolge des elektrischen Widerstands des Materials zu erzeugen. Die Filmheizung 60 kann in jeder geeigneten Weise auf dem Düsenkörper 58 aufgebracht werden.
Die Konfiguration der Filmheizung 60 kann derart erfolgen, dass sie einen größeren Anteil der Bereiche des Düsenkörpers 58 nahe der Einlass- und der Auslassseite 66 und 70 abdeckt und einen geringeren Anteil des Düsenkörpers 58 im mittleren Bereich zwischen den Bereichen nahe der Einlass- und der Auslassseite 66 und 70. Wenn die Filmheizung 60 derart konfiguriert ist, erfolgt eine relativ größere Wärmeabgabe der Heizung 60 in die Bereiche nahe der Einlass- und der Auslassseite 66 und 70 und eine relativ geringere Wärmeabgabe der Heizung 60 in den mittleren Bereich.
Mit Bezug auf 8 kann die Filmheizung den Düsenkörper 58 ungleichmäßig abdecken. Beispielsweise kann die Filmheizung 60 nahe den Seiten 66 und 70 über im wesentlichen die gesamte äußere Umfangsoberfläche des Düsenkörpers 58 aufgebracht sein und weniger deckend über die äußere Umfangsoberfläche im mittleren Bereich des Düsenkörpers 58, wo weniger Wärme erforderlich sein kann. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Filmheizung 60 über die gesamte Länge des Düsenkörpers 58 einen relativ konstanten Bereich der Umfangsoberfläche des Düsenkörpers 58 abdeckt.
Es wird Bezug auf 9 genommen. Eine Distanz D stellt die Wandstärke zwischen der Filmheizung 60 und der Wand 63 des Schmelzekanals 62 dar. Mit Bezug auf 7 kann die Wandstärke zwischen der Heizung 60 und der Wand 63 des Schmelzekanals 62 relativ gering sein, wie durch die Distanz D1 und D2 an der Einlass- und Auslassseite 66 und 70 des Düsenkörpers 58 gezeigt, wo der Wärmeverlust in erster Linie durch den Formblock 46 und in geringerem Maße durch den Verteiler 36 höher ist. Die Wandstärke kann im mittleren Bereich des Düsenkörpers 58 relativ größer ausfallen, wie durch die Distanz D3 gezeigt, um die Wärmeübertragung von der Heizung 60 zur darin enthaltenen Schmelze zu verringern. Indem ein Düsenkörper 58 vorgesehen ist, bei dem die Wandstärke zwischen der Heizung 60 und dem Schmelzekanal 62 im mittleren Bereich ihr Maximum erreicht und graduell zur Einlass- und Auslassseite 66 und 70 hin geringer wird, kann das Temperaturprofil der Schmelze im Düsenschmelzekanal 62 im Vergleich zur Düse 10 nach dem Stand der Technik (siehe 1 und 2a–2c), die über ihre Länge eine ganz allgemein gleichmäßige Wandstärke zwischen der Heizung 16 und dem Schmelzekanal 12 aufweist, über die Länge der Düse 22 gleichmäßiger gehalten werden.
Es wird Bezug genommen auf 10, die eine Düse 72 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Düse 72 kann einer der Düsen 22 oder 56 (3 und 7) ähnlich sein, außer dass die Düse 72 einen Düsenkörper 74 mit einem durch diesen verlaufenden Schmelzekanal 75 und eine Heizung 76 aufweist. Der Düsenkörper 74 kann einem der Düsenkörper 24 oder 58 (3 und 7) ähnlich sein, außer dass die Wandstärke des Düsenkörpers 74 über die Länge der Düse 72 mehrmals größer und geringer wird. Die Düse 72 zeigt dass es möglich ist, dass die Wandstärke jede geeignete Konfiguration aufweisen und nach Wunsch größer werden und abnehmen kann, um ein gewünschtes Temperaturprofil der Schmelze zu erzielen.
Beispielsweise kann – abhängig von der besonderen Konfiguration der Düse – die Wandstärke des Düsenkörpers auf der Grundlage aller Wärmeverlustpunkte der Düse nach Bedarf angepasst werden, um für die Schmelze im Schmelzekanal eine gleichmäßige Temperatur bereitzustellen.
Mit einer gewählten Wandstärke und einer gewählten Wärmeabgabe der Heizung nahe der Einlass- und Auslassseite kann die Temperatur der Schmelze darin auf einem gewünschten Wert gehalten werden, um den Wärmeverlust zu kompensieren, der in diesen beiden Bereichen auftritt. Dadurch, dass der mittlere Bereich eine größere Wandstärke aufweist als nahe der Einlass- und Auslassseite vorhanden ist sowie eine geringere Wärmeabgabe der Heizung im Vergleich zur Wärmeabgabe an der Einlass- und Auslassseite, kann die Schmelze im mittleren Bereich im Vergleich zu einem zylindrischen Düsenkörper auf einer geringeren Temperatur gehalten werden, wodurch sich die Gefahr der Überhitzung und infolgedessen der Schädigung der Schmelze in diesem Bereich verringert.
Bei der Heizung 76 kann es sich um jeden geeigneten Heizungstyp handeln, wie z.B. um eine Widerstandsdrahtheizung wie die Heizung 26 oder um eine Filmheizung wie die Heizung 60. Die Heizung 76 ist thermisch mit dem Düsenkörper 74 verbunden, um die Schmelze im Schmelzekanal 75 zu beheizen. Im in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Heizung 76 als eine Widerstandsdrahtheizung dargestellt.
Es wird Bezug genommen auf 11, die eine Düse 80 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Düse 80 kann der Düse 22 (3) ähnlich sein und weist einen Düsenkörper 82 mit einer darauf angebrachten Heizung 84 auf. Der Düsenkörper 82 definiert einen Schmelzekanal 85 mit einer Schmelzekanalwand 83 und kann dem Düsenkörper 24 ähnlich sein, außer dass der Düsenkörper 82 eine separate Spitze 86 aufweist. Die Spitze 86 definiert hierdurch einen Bereich des Schmelzekanals 85. Die Spitze 86 kann abnehmbar vom Rest des Düsenkörpers 82 ausgeführt sein, um sie nach übermäßigem Verschleiß aufgrund der durchfließenden Schmelze auszutauschen. Die Spitze 86 kann aus jedem geeigneten Material hergestellt werden und aus einem stark thermisch leitenden Material und/oder einem hochwiderstandsfähigem Material bestehen, wie beispielsweise aus Wolframkarbid. Andere geeignete Materialien für die Spitze können Be-Cu (Beryllium-Kupfer), berylliumfreies Kupfer wie z.B. Ampco 940^TM, TZM (Titan/Zirkoniumkarbid), Aluminium oder auf Aluminium basierende Legierungen, Inconel^TM, Molybdän oder geeignete Molybdänlegierungen, H13, Formstahl oder AerMet 100^TM sein.
Die bei 90 gezeigte Auslassseite des Düsenkörpers 82 kann so über den Spitzenhalter 88 einen indirekten Kontakt mit dem Formblock 46 aufweisen – anstatt eines direkten Kontakts mit dem Formblock 46, wie in 3 gezeigt.
Die Spitze 86 kann von einem Spitzenhalter 88 gehalten werden, der mit einer Gewindeverbindung abnehmbar mit dem Düsenkörper 82 verbunden sein kann. Außer seiner Aufgabe, die Spitze 86 zu halten, kann der Spitzenhalter 88 in Kontakt mit dem Formblock 46 stehen und hiermit eine Dichtung gegen Schmelzeaustritt bilden. Der Spitzenhalter 88 kann so konstruiert sein, dass er einen Wärmeverlust vom Düsenkörper 82 und von der Spitze 86 zum Formblock 46 verhindert. Hierzu kann der Spitzenhalter 88 aus einem Material hergestellt werden, das eine relativ geringere thermische Leitfähigkeit als das Material des Düsenkörpers aufweist, wie beispielsweise Titan, N13, Edelstahl, Formstahl oder Chromstahl.
Alternativ ist es möglich, dass die Spitze 86 mit einer Gewindeverbindung oder jeder anderen geeigneten abnehmbaren oder dauerhaften Verbindung direkt mit dem Düsenkörper 82 verbunden ist.
Der Düsenkörper 82 weist auf seiner bei 92 gezeigten Einlassseite einen Wärmeverlust zum Formblock 46 und in möglicherweise geringerem Maße zum Verteiler 36 hin auf. Zudem weist die Auslassseite 90 trotz des isolierenden Effekts des Spitzenhalters 88 immer noch einigen Wärmeverlust zum Formblock 46 hin auf. Um die Schmelze nahe der Einlass- und Auslassseite 92 und 90 auf einer gewünschten Temperatur zu halten, werden die Wandstärken zwischen der Heizung 84 und dem Schmelzekanal 85, die bei D1 und D2 auf der Einlass- bzw. Auslassseite 92 und 90 gezeigt sind, relativ gering gehalten. Weiter kann die Heizung 90 so konfiguriert sein, dass sie z.B. durch eine höhere Drahtwickeldichte in den Ausführungsbeispielen mit einer gewickelten Drahtheizung 84 eine relativ hohe Wärmeabgabe in die Bereiche nahe der Einlass- und Auslassseite 92 und 90 aufweist.
Es ist ersichtlich, dass die Spitze 86 zwischen der Heizung 84 und dem Schmelzekanal 85 angebracht werden kann.
Um die Schmelze nahe dem mittleren Bereich des Düsenkörpers 82 zwischen der Einlass- und Auslassseite 92 und 90 auf einer gewünschten Temperatur zu halten, kann die Wandstärke zwischen der Heizung 84 und dem Schmelzekanal 85 in einer Richtung weg von der Einlass- und Auslassseite 92 und 90 auf ein bei D3 gezeigtes Maximum ansteigen. Weiter kann die Heizung 90 so konfiguriert sein, dass sie im mittleren Bereich eine relativ geringe Wärmeabgabe aufweist – z.B. bei Ausführungsbeispielen mit einer gewickelten Drahtheizung 84 durch eine geringere Drahtwickeldichte. So kann die Wickeldichte der Heizung 84 in einer Richtung weg von der Einlass- und Auslassseite 92 und 90 abnehmen. Alternativ kann die Heizung 84 eine Filmheizung sein – ähnlich der in 7 gezeigten Filmheizung 60.
Die Düsen der vorliegenden Erfindung wurden in Relation zu einem Düsenkörper und zu einem Schmelzekanal beschrieben, die ganz allgemein zylindrisch und ganz allgemein beide konzentrisch um die Achse A verlaufen. Für Fachleute ist ersichtlich, dass der Schmelzekanal um die Achse A nicht konzentrisch sein muss und dass sich stattdessen wenigstens ein Teil desselben ganz allgemein parallel zur -jedoch versetzt von der – Achse A erstrecken kann. Ferner können der Düsenkörper und/oder der Schmelzekanal unzylindrisch sein. Beispielsweise kann der Düsenkörper einen ganz allgemein rechteckigen Querschnitt aufweisen. In diesen Fällen ist ersichtlich, dass der Schmelzekanal mit Bezug auf die Heizung nicht zentriert sein muss, so dass bei einer gegebenen axialen Position im Schmelzekanal der Abstand vom Schmelzekanal zur Heizung um den Umfang des Schmelzekanals variiert. In diesen Fällen steht die Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal für eine durchschnittliche Wandstärke.
Die vorstehende Beschreibung umfasst die bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung geändert und modifiziert werden kann, ohne vom entsprechenden Sinn der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Düse für eine Spritzgiessmaschine, bestehend aus: einem Düsenkörper, wobei der genannte Düsenkörper eine Längsachse aufweist, der genannte Düsenkörper definiert einen Schmelzekanal, und der genannte Schmelzekanal erstreckt sich ganz allgemein in axialer Richtung; und einer Heizung, wobei die genannte Heizung mit dem genannten Düsenkörper thermisch verbunden ist, um die Schmelze im Schmelzekanal zu beheizen, und die genannte Heizung erstreckt sich in die genannte axiale Richtung, wobei der Düsenkörper so angepasst ist, dass er mit mindestens einem Bauteil der Spritzgiessmaschine in Kontakt steht, dessen Temperatur im Betrieb geringer als die Temperatur des Düsenkörpers ist, und wobei der Düsenkörper eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal aufweist, und wobei die Wandstärke in axialer Richtung entlang des Düsenkörpers variiert, so dass die durch den genannten Schmelzekanal fließende Schmelze ein gewähltes Temperaturprofil aufweist.
Düse gemäß Anspruch 1, wobei der Düsenkörper so angepasst ist, dass er mindestens indirekt in Kontakt mit einem Formblock in der Spritzgiessmaschine steht.
Düse gemäß Anspruch 2, wobei der Düsenkörper eine Einlass- und eine Auslassseite aufweist, und der Düsenkörper nahe der Einlass- und nahe der Auslassseite so angepasst ist, dass er mindestens indirekt in Kontakt mit dem Formblock steht.
Düse gemäß Anspruch 3, wobei der Düsenkörper eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal aufweist, und die Wandstärke ganz allgemein von der Einlassseite aus in Strömungsrichtung zu einem Punkt hin zunimmt, an dem die Wandstärke ein Maximum aufweist, und sodann von dem Punkt, an dem die Wandstärke ein Maximum aufweist, in Strömungsrichtung zur Auslassseite hin abnimmt, wobei die Wandstärke so gewählt ist, dass die durch den Schmelzekanal fließende Schmelze ein allgemein flaches Temperaturprofil in Richtung des Schmelzestroms aufweist.
Düse gemäß Anspruch 1, wobei der Düsenkörper eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal aufweist, und in Strömungsrichtung entlang mindestens eines Bereiches des Düsenkörpers die Wandstärke zunimmt, dann abnimmt und wieder zunimmt.
Düse gemäß Anspruch 1, wobei der Düsenkörper eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal aufweist, und in Strömungsrichtung entlang mindestens eines Bereiches des Düsenkörpers die Wandstärke abnimmt, dann zunimmt und wieder abnimmt.
Düse gemäß Anspruch 1, wobei der Düsenkörper eine Spitze aufweist, die einen Bereich des Schmelzekanals definiert, und wobei die Spitze zwischen der Heizung und mindestens einem Bereich des Schmelzekanals positioniert ist.
Düse gemäß Anspruch 7, wobei der Düsenkörper des Weiteren einen Spitzenhalter aufweist, wobei der Spitzenhalter zwischen der Heizung und mindestens einem Bereich des Schmelzekanals positioniert ist, und der Spitzenhalter aus einem thermisch geringer leitenden Material als das Material des Düsenkörpers besteht.
Düse für eine Spritzgiessmaschine bestehend aus: einem Düsenkörper, wobei der genannte Düsenkörper einen Schmelzekanal definiert, und der Düsenkörper eine Einlass- und eine Auslassseite aufweist; und einer Heizung, wobei die genannte Heizung thermisch mit dem genannten Düsenkörper verbunden ist, um die Schmelze im Schmelzekanal zu beheizen, und wobei sich die genannte Heizung in die genannte axiale Richtung erstreckt, wobei der Düsenkörper nahe der Einlass- und nahe der Auslassseite so angepasst ist, dass er mit mindestens einem Bauteil der Spritzgiessmaschine in Kontakt steht, dessen Temperatur im Betrieb geringer als die Temperatur des Düsenkörpers ist, und wobei der Düsenkörper eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal aufweist, und die Wandstärke ganz allgemein von der Einlassseite in Strömungsrichtung zu einem Punkt hin zunimmt, an dem die Wandstärke ein Maximum erreicht, und sodann von dem Punkt, an dem die Wandstärke das Maximum erreicht, in Strömungsrichtung zur Auslassseite hin abnimmt, und wobei die Wandstärke so gewählt ist, dass die durch den Schmelzekanal fließende Schmelze ein ganz allgemein flaches Temperaturprofil in Richtung des Schmelzestroms aufweist.
Düse gemäß Anspruch 9, wobei der Düsenkörper so angepasst ist, dass er mindestens indirekt in Kontakt mit einem Formblock in der Spritzgiessmaschine steht.
Düse gemäß Anspruch 10, wobei der Düsenkörper eine Einlass- und eine Auslassseite aufweist und der Düsenkörper nahe der Einlass- und nahe der Auslassseite so angepasst ist, dass er mindestens indirekt in Kontakt mit dem Formblock steht.
Düse gemäß Anspruch 11, wobei der Düsenkörper eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal aufweist, und die Wandstärke ganz allgemein von der Einlassseite aus in Strömungsrichtung zu einem Punkt hin zunimmt, an dem die Wandstärke ein Maximum aufweist, und sodann von dem Punkt, an dem die Wandstärke ein Maximum aufweist, in Strömungsrichtung zur Auslassseite hin abnimmt, wobei die Wandstärke so gewählt ist, dass die durch den genannten Schmelzekanal fließende Schmelze ein ganz allgemein flaches Temperaturprofil in Richtung des Schmelzestroms aufweist.
Düse gemäß Anspruch 9, wobei der Düsenkörper eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal aufweist, und in Strömungsrichtung entlang mindestens eines Bereichs des Düsenkörpers die Wandstärke zunimmt, dann abnimmt und wieder zunimmt.
Düse gemäß Anspruch 9, wobei der Düsenkörper eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal aufweist, und in Strömungsrichtung entlang mindestens eines Bereichs des Düsenkörpers die Wandstärke abnimmt, dann zunimmt und wieder abnimmt.
Düse für eine Spritzgiessmaschine, bestehend aus: einem Düsenkörper, wobei der genannte Düsenkörper eine Längsachse aufweist und einen Schmelzekanal definiert, und wobei der genannte Schmelzekanal sich ganz allgemein in einer axialen Richtung erstreckt, wobei der Düsenkörper eine Einlass- und eine Auslassseite und einen mittleren Bereich zwischen der Einlass- und Auslassseite aufweist; und einer Heizung, wobei die genannte Heizung mit dem genannten Düsenkörper verbunden ist, um die Schmelze im Schmelzekanal zu beheizen, und wobei sich die genannte Heizung in die genannte axiale Richtung erstreckt, wobei der Düsenkörper nahe der Einlass- und nahe der Auslassseite so angepasst ist, dass er mindestens indirekt mit mindestens einem Bauteil der Spritzgiessmaschine in Kontakt steht, dessen Temperatur im Betrieb geringer als die Temperatur des Düsenkörpers ist, und wobei der Düsenkörper in seinem mittleren Bereich keinen Kontakt mit relativ kälteren Bauteilen der Spritzgiessmaschine aufweist, und wobei die Wandstärke des Düsenkörpers im mittleren Bereich größer als auf der Einlass- und auf der Auslassseite ist, so dass relativ weniger Wärme von der Heizung auf die Schmelze im in Längsrichtung mittleren Bereich als von der Heizung auf die Schmelze an der Einlass- und an der Auslassseite übertragen wird.
Düse gemäß Anspruch 15, wobei die Heizung mit einer äußeren Oberfläche des Düsenkörpers verbunden ist.
Düse gemäß Anspruch 16, wobei die Heizung eine Filmheizung ist.
Düse gemäß Anspruch 16, wobei die Heizung eine Wickeldrahtheizung ist.
Düse gemäß Anspruch 16, wobei die Heizung mindestens teilweise in die äußere Oberfläche des Düsenkörpers eingebettet ist.
Düse für eine Spritzgiessmaschine, bestehend aus: einem Düsenkörper, wobei der genannte Düsenkörper eine Längsachse aufweist und einen Schmelzekanal definiert, und sich der genannte Schmelzekanal ganz allgemein in einer axialen Richtung erstreckt; und einer Heizung, wobei die genannte Heizung thermisch mit dem genannten Düsenkörper verbunden ist, um die Schmelze im Schmelzekanal zu beheizen, und wobei sich die genannte Heizung in die genannte axiale Richtung erstreckt, wobei mindestens ein Teil des Düsenkörpers so angepasst ist, dass er mit mindestens einem Bauteil der Spritzgiessmaschine in Kontakt steht, dessen Temperatur im Betrieb geringer als die Temperatur des Düsenkörpers ist, und wobei der Düsenkörper eine Wandstärke zwischen der Heizung und dem Schmelzekanal aufweist, wobei die Wandstärke in einer axialen Richtung weg von dem mindestens einen Bereich des Düsenkörpers zunimmt und wobei die Heizung so konfiguriert ist, dass ihre Wärmeangabe in einer axialen Richtung weg von dem mindestens einen Bereich des Düsenkörpers abnimmt.
Düse gemäß Anspruch 20, wobei die Heizung eine Wickeldrahtheizung ist.
Düse gemäß Anspruch 20, wobei die Heizung eine Wickeldrahtheizung ist und die Wickeldichte der Heizung in einer Richtung weg von dem mindestens einen Bereich des Düsenkörpers abnimmt.
Düse gemäß Anspruch 20, wobei die Heizung eine Filmheizung auf der Außenseite des Düsenkörpers ist.
Düse gemäß Anspruch 20, wobei die Heizung eine Filmheizung auf der Außenseite des Düsenkörpers ist und so konfiguriert ist, dass sie in einer axialen Richtung weg von dem mindestens einen Bereich des Düsenkörpers einen abnehmenden Teil der Außenseite des Düsenkörpers abdeckt.